一種基于C語(yǔ)言和LabVIEW的串口通訊程序的設(shè)計(jì)

李雪妍

(淄博職業(yè)學(xué)院，山東淄博 255314)

在工業(yè)控制與信息采集等領(lǐng)域，經(jīng)常需要單片機(jī)和PC機(jī)的共同完成指定工作。PC機(jī)運(yùn)算速度快、容量大，單片機(jī)控制能力強(qiáng)。很多工作需要單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，PC機(jī)處理數(shù)據(jù)。所以單片機(jī)與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊必不可少，多數(shù)情況是單片機(jī)向PC機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。

本文設(shè)計(jì)的串口通訊程序包括下位機(jī)、上位機(jī)以及數(shù)據(jù)傳輸通道。軟件設(shè)計(jì)中下位機(jī)以Keil uVision4作為開發(fā)平臺(tái)，采用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，C語(yǔ)言在功能上、可讀性、可維護(hù)性上優(yōu)勢(shì)明顯，易學(xué)易用。上位機(jī)以LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)，在工業(yè)和學(xué)術(shù)中LabVIEW是被應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。其編程簡(jiǎn)單，只需要通過交互式圖形前面板進(jìn)行系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示，再通過程序框圖進(jìn)行功能模塊的組合和操作來制定各種功能。

1 串行通訊的實(shí)現(xiàn)方法

串口是計(jì)算機(jī)上一種通信協(xié)議，大多是計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于RS-232的串口。單片機(jī)與上位機(jī)一般用RS-232串口通訊，RS-232(ANSI/EIA-232)是IBM-PC及兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)，是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。其接口示意圖如圖1所示。

RS-232九芯接口共有9個(gè)接口。本設(shè)計(jì)只需連接三線：TXD、RXD和地線GND即可。TXD(pin 2)：串口數(shù)據(jù)輸出(Transmit Data);RXD(pin 3)：串口數(shù)據(jù)輸入(Receive Data);GND(pin 5)：地線。

圖1 RS-232九芯接口

圖2 串口通訊流程圖

圖3 VISA配置串口函數(shù)模塊

圖4 VISA寫入函數(shù)模塊

圖5 VISA讀取函數(shù)模塊

圖6 VISA關(guān)閉函數(shù)模塊

圖7 數(shù)據(jù)通訊流程圖

波特率是衡量計(jì)算機(jī)串口通信速度的指標(biāo)，它表示每秒傳送位的個(gè)數(shù)，其單位是b/s(位/秒)，例如500波特率表示每秒發(fā)送500個(gè)bit；數(shù)據(jù)位是衡量計(jì)算機(jī)串口通信中時(shí)間數(shù)據(jù)位的指標(biāo)。在RS-232通信協(xié)議中，實(shí)際傳送數(shù)據(jù)順序是：1位起始位、數(shù)據(jù)0、...、數(shù)據(jù)7、1位奇偶校驗(yàn)、1位停止位；停止位用于標(biāo)志單個(gè)信息包的最后一位，停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供了矯正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì);奇偶校驗(yàn)位是在串口通信中一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。

圖8 VISA連線圖

圖9 上位機(jī)人機(jī)界面

2 下位機(jī)通訊程序設(shè)計(jì)

下位機(jī)基于ADuC845單片機(jī)通過Keil開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行編寫，下位機(jī)串口通訊程序?qū)?yīng)的流程圖如圖2所示。

2.1 串口初始化

串口初始化是數(shù)據(jù)通信程序中十分重要的一部分，初始化設(shè)置正確與否，將直接決定數(shù)據(jù)發(fā)送是否正確。串口初始化主要是對(duì)串口波特率的選擇。由于串口的觸發(fā)是由定時(shí)器3控制的，即通過定時(shí)器3設(shè)定波特率，設(shè)定好發(fā)送頻率，當(dāng)達(dá)到定時(shí)間隔時(shí)，程序就會(huì)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。兩個(gè)專用寄存器T3CON和T3FD用于設(shè)置定時(shí)器3。

T3CON是波特率控制寄存器，用于設(shè)置UART(通用串口)的波特率和二進(jìn)制分頻器(DIV)的分頻數(shù)。寫入DIV2～DIV0的數(shù)可用式(1)計(jì)算：

其中，

f

是由專用寄存器PLLCON所定義的內(nèi)核頻率，計(jì)算得到的DIV值需要取整。T3FD是所需波特率的一個(gè)分?jǐn)?shù)分頻，其值由式(2)計(jì)算：

計(jì)算得到的T3FD的值需要取最接近他的整數(shù)。波特率可由式(3)計(jì)算：

2.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

當(dāng)完成串口初始化，并到達(dá)定時(shí)間隔后，就可以將數(shù)據(jù)傳送給串行數(shù)據(jù)緩沖器(SBUF)。然后數(shù)據(jù)就會(huì)按照RS-232串口通信協(xié)議傳遞到計(jì)算機(jī)中，從而被上位機(jī)接收處理。

由于串口是按位發(fā)送的，所以程序在數(shù)據(jù)發(fā)送前要先進(jìn)行拆分處理，方便串口傳輸。發(fā)送數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)通信程序最重要的部分，只有完整有序的將數(shù)據(jù)發(fā)往上位機(jī)，才能得到正確的數(shù)值。

（1）記錄兩組手術(shù)指標(biāo)：手術(shù)用時(shí)、術(shù)中出血量和住院時(shí)間；（2）觀察兩組并發(fā)癥：粘連性腸梗阻、低營(yíng)養(yǎng)癥、腹壁切口裂開與應(yīng)激性潰瘍；（3）檢測(cè)兩組治療前后的體溫、凝血酶原時(shí)間（PT）值以及血氧飽和度指標(biāo)。

2.3 清除標(biāo)志位

由于每次發(fā)完一次數(shù)據(jù)，硬件會(huì)自動(dòng)將TI標(biāo)志位置1，所以需要軟件在每次發(fā)完后將其清零，否則將無法進(jìn)行下一次的數(shù)據(jù)發(fā)送。此操作雖然簡(jiǎn)單，但是在串口程序中很重要，很多時(shí)候就是因?yàn)閷?duì)其處理不當(dāng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)送有誤。所以，準(zhǔn)確及時(shí)地清除TI標(biāo)志位十分重要。

對(duì)于以上設(shè)置部分程序代碼如下：

T3CON=0x85; //初始化設(shè)置，串口通訊 9600

T3FD=0X12;

SCON=0X52; //8位UART，波特率可變，接收

SBUF=data; //發(fā)送數(shù)據(jù)

while(TI==0); //清除標(biāo)志位

TI=0;

通過下位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)發(fā)送，接下來就需要上位機(jī)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行接收。

3 上位機(jī)通訊程序設(shè)計(jì)

為使下位機(jī)采集的信息能上傳到上位機(jī)，必須設(shè)計(jì)通訊接口程序。由于計(jì)算機(jī)和下位機(jī)采用的RS-232串口通信協(xié)議，所以上位機(jī)也要采用串口通信。其大致結(jié)構(gòu)與下位機(jī)數(shù)據(jù)通信程序相同，其不同在于下位機(jī)是發(fā)送數(shù)據(jù)，上位機(jī)是接收數(shù)據(jù)。

上位機(jī)編程所用的軟件是LabVIEW，其采用的是圖形化編程，要編制串口通訊程序就需要對(duì)串口功能模塊VISA進(jìn)行配置和連接。VISA是虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)框架(virtual instrumentation software architecture)的簡(jiǎn)稱，是一個(gè)調(diào)用底層代碼來控制硬件的高層API(應(yīng)用程序接口)。VISA常用的函數(shù)由以下四個(gè)：

(1)VISA配置串口，如圖3所示。

功能：設(shè)定波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)位等參數(shù)，將VISA資源名稱指定的串口按特定設(shè)置初始化。

(2)VISA寫入，如圖4所示。

功能：將“寫入緩沖區(qū)”的數(shù)據(jù)寫入VISA資源名稱指定的串口。

(3)VISA讀取，如圖5所示。

功能：從VISA資源名稱指定的串口中讀取指定字節(jié)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū)。

(4)VISA關(guān)閉，如圖6所示。

功能：關(guān)閉VISA資源名稱指定的串口會(huì)話或事件對(duì)象。

上位機(jī)通訊接口程序流程圖如圖7所示。

按照流程圖，利用VISA函數(shù)模塊，將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接設(shè)置，圖8為部分VISA接線圖，圖9為L(zhǎng)abVIEW的前面板，也就是上位機(jī)的人機(jī)界面。

4 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通訊在工業(yè)和日常生活中發(fā)揮著巨大作用，本文設(shè)計(jì)了一種利用C語(yǔ)言和LabVIEW實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)串口通訊方法。軟件設(shè)計(jì)遵循模塊化設(shè)計(jì)方法，提高了程序的執(zhí)行效率和易讀性，運(yùn)行簡(jiǎn)單方便。在上位機(jī)中只要對(duì)LabVIEW稍加擴(kuò)展便可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等數(shù)據(jù)處理操作。